恩智浦半導體的新摩爾定律(下)

本文作者:admin       點擊: 2009-08-14 00:00
前言:


恩智浦的新摩爾定律創新成果 
恩智浦已經針對新摩爾定律的元件與IC進行非常積極的開發與銷售工作。我們在此將以具體範例說明新摩爾定律如何提供技術開發成果,並藉此創造有趣的商業機會,提升人類日常生活的價值。
 
消費性電子產品的電源供應器效能
消費性電子產品的電源供應器在全球浪費了大量能源,例如電視機、筆記型電腦,以及桌上型電腦,不論是運作或待機模式都會造成浪費。 

全球許多國家為了因應這項問題,都立法要求交流電源的功率區塊,必須隨時維持高效運作,包括待機時的低耗電模式,以及禁止使用傳統變壓器。要以低廉成本達成上述節能目標,必須採用特殊技術,在運作模式中納入智慧功能,並讓客製化的電源裝置具有高效率的本質。
 
恩智浦的綠色晶片「GreenChip」系列產品即是成功範例,不但符合能源之星(Energy Star)的規範,也減少了電源供應器高達二倍的能源損耗。我們結合了最佳化的架構與設計,並搭配特殊的半導體技術,從全功率到待機模式,都一樣具備節能效果。摩爾定律應用的特點,就是將眾多功能整合至單一 IC,不過在此並不適用。我們採用了不同的IC技術,以達成最佳化的整體效能:在主要控制器與功率因素校正,整合高電壓裝置,並於高電壓裝置使用高密度與高速低電壓控制智慧介面功能。最後我們在輸出控制器採用低至中電壓技術,以在次級高電流控制同步整流器。獨特的恩智浦技術解決方案,具備有史以來最出色的變壓效率,遠超過全球立法規範標準。

照明
由白熾燈轉換為螢光燈(CFL)或燈管(TL),最高可節省80%的照明電力,目前部分有遠見的國家正研擬全面禁止販賣白熾燈。

傳統上,CFL與TL的驅動電子元件,使用獨立的電源元件,不過目前也出現不少壓力,促使採用整合式解決方案。對專業市場而言,效率與成本無疑是必要條件,不過各種設備需要智慧控制功能,連結環境照明與空間偵測功能,因此無線通訊與控制成為重要因素。在低成本的CFL市場,IC技術針對減少浪費、縮小體積,以及使用壽命方面,具有相當大的吸引力。IC驅動器也可以提供強化功能,例如發光階段控制、頻率控制、功率因素校正,以及與傳統中斷式調光器控制的相容性。恩智浦的CFL驅動器採用高電壓SOI(絕緣體矽晶片)技術製造,2個電源電晶體則採用半橋配置方式。這種類型技術可以簡化設計與上市時間,因此更容易與複雜的管理電路整合,電源控制也不必擔心鎖存效應(latch-up)的風險。

LED提供的照明解決方案,具有體積小、適應力強、節省能源、可控制色彩與亮度,以及使用壽命長等特點。LED照明成本低,並且是高度整合的驅動器電子元件,因此目前受到廣泛使用。

LED燈與白幟燈的效率利益相近,不過運作電壓相對較低,因此可提供有效的交流/直流轉換,並包括輸出與色彩平衡控制等功能。

目前市面上的LED,已有透過標準TRIAC調光調整亮度的產品。LED驅動器與控制器的進階發展,目標包括持續降低能源消耗、減少產生熱能(可縮小產品體積),以及功率因素校正(調整25W以上功率的諧波失真)。

恩智浦其他成功的應用領域,包括行動應用裝置的LED閃光燈,以及液晶電視的LED背光調光技術,可大幅節省能源(超過50%)。 

智慧型汽車鑰匙  
今日的汽車鑰匙具有防盜功能,並可透過單向通訊進行遠端存取。根據最新的開發成果,汽車鑰匙已成為結合眾多功能與特色的系統。車主可透過鑰匙配備的LED,或是顯示器以及雙向通訊功能,只要在操作範圍內,就可以於遠端檢查車輛狀態,例如上鎖或未上鎖。

鑰匙的標準化介面採用近距離無線通訊(Near Field Communication; NFC)技術,可用於創造進階功能。舉例來說,汽車位置、油量,或是胎壓,都可由NFC行動電話顯示。如果裝置包含GPS接收器,甚至可以幫助車主找到汽車。同樣的標準化介面,也可以在加入安全元件(例如恩智浦SmartMX)後,利用汽車鑰匙支付款項。

進一步擴展汽車鑰匙功能的選項眾多,並可透過現行技術的智慧整合實現,例如成熟的CMOS、高電壓、類比、射頻、MEMS,以及先進封裝等技術。

低溫鏈:食品安全與保存
全球每年浪費的易腐性產品,總金額高達350億美元,其中包括食物、飲料、鮮花、藥品、疫苗、血液以及化學藥劑。

所謂的低溫鏈,是指這類產品由生產、運輸、儲存,以及送達消費者的供應鏈,全程冷藏處理並進行掌控。

藉由在產品上加裝智慧標籤,可以避免許多的浪費。產品與容器上的RFID標籤,包含各種感應器,例如溫度、濕度、O2/CO2濃度、酸鹼值,或是光線強度。若能即時監控這些數值,就可以在偏離安全值時啟動警告。如果能早期發現產品接近過期日,就可以確保產品安全,避免浪費。智慧標籤可讓運籌物流工作更符合成本效益,也減少了儲存空間。

近距離無線通訊(Near-Field Communication; NFC)
近距離無線通訊技術近年來逐漸引人注目,有越來越多的機構例如銀行、交通運輸業者以及手持裝置製造商,都希望在自己的業務中整合這項技術。不過由於業界缺乏統一標準,阻礙了手持裝置製造商與行動業者全面應用NFC的發展。

恩智浦是近距離無線通訊技術的共同發明者,我們已持續帶領業界建立標準,並打造業界廠商的生態系統,以帶動標準增加應用。恩智浦了解社會日趨複雜,消費者需要具備多重功能的裝置協助簡化生活,因此最近推出了首款標準化晶片,刺激市場需求。

推出新晶片的目的,在於因應部分阻礙NFC技術的問題,將SIM成為NFC裝置的關鍵零組件,確保非接觸式交易的安全,並提供NFC應用方式。不過恩智浦並不認為NFC的應用僅限於手持裝置,因此我們與重要的OEM廠商合作,要將這項技術整合至更多不同的裝置,例如筆記型電腦以及數位相框,以提升各種媒體的點對點分享功能。

雖然NFC至今仍未成為主流技術,不過接下來的12個月,將是NFC準備大展身手,實現潛能的關鍵時刻。

醫療應用裝置的超低功率技術
醫療電子產品是半導體發展最快速的領域之一。恩智浦的超低功率解決方案,以磁感應無線電技術以及CoolFlux DSP作為基礎,發展成最新的助聽器產品。我們晶片支援的資料速率最高可達298 kbps,並具備雙向通訊功能,可創造新型應用,例如立體聲音訊串流以及雙耳處理等等。MP3播放器或行動電話,配備集線器後即具備無線連線能力,可輕鬆連線至助聽器。此外短距離(小於50公分)的磁感應無線電訊號,相較於射頻訊號可節省更多能源,通過身體組織時,訊號強度降幅也相當有限。磁感應無線電訊號與人體組織的互相作用,也遠低於傳統的射頻訊號,因此可降低組織傷害的風險。

其他的超低功率醫療應用,包括監控生命功能的體內感應器、神經刺激與疼痛管理的應用裝置,以及心律管理裝置。以上都是新摩爾定律技術的成功範例,讓我們提升生活品質,而不是加快步調。  

智慧型電子計量
過去用於計量屋內電力、瓦斯、水量以及熱能消耗的電機式裝置,從1990年代開始,已逐漸更換為全數位的電子式計量裝置。這類計量裝置多半具有通訊功能,可連接至所謂的智慧計量網路,例如自動讀表(AMR)或先進讀表基礎建設(AMI)網路,都屬於智慧型計量。

市場中主要的動力是電力計量。AMR/AMI可以讓電力供應商降低帳務成本,並能更有效的管理電網尖峰負載;這是影響業界成本與能力的關鍵因素。

目前對電力、瓦斯、水,以及熱能的計量裝置需求,已經開始成長。政府持續推動採用智慧型計量,因為消費者可藉此更了解本身的能源消耗模式,進而降低能源消耗。另一項加強利用現行發電容量的方式,就是減少CO2排放。

未來幾年內,智慧型計量裝置將發展為家庭閘道,作為建築的控制裝置,連接所有室內計量裝置(瓦斯、水、熱以及電力),並可透過雙向通訊功能,提供其他服務,例如保全或警報。

恩智浦正在提供關鍵的半導體元件,因應這個成長市場的需求,例如專用的電子計量微控制器、即時時脈、標準驅動器,以及邏輯IC與離散元件等標準產品;此外恩智浦也提供接觸式與非接觸式讀卡機IC,應用於預付型電子計量解決方案,以及短距無線通訊的IMS頻收發器。

車用資通系統
智慧型交通系統可大幅改善行動能力、減少交通阻塞,並且更具有永續能力。歐洲在道路收費與稅務系統的採用上展現了強大的驅動力。政府預期由此產生的營收具有高度的吸引力,特別是在目前經濟困難的年代;而道路收費基礎建設,也可用於因應行動能力與生態駕駛(eco-driving)的挑戰。

安全要求日漸增加,因此也需要更快速的反應緊急事件。歐洲緊急事件通報中心(The European Emergency Call; eCall)是歐洲政府著名的創新方案,所有歐盟地區銷售的車輛,都必須安裝eCall功能。這些發展工作,需要低成本的車用資通系統解決方案。為了達到最低限度的系統成本,需要採用最小型的全新架構。恩智浦為了因應這項需求,設計了第一代的車用單元平台,稱為ATOP 2.5G。這是一種多核心完整解決方案,應用於車用資通系統,結合了GSM/GPRS、GPS、SRAM以及快閃記憶體,並配備ARM7微控制器,提供 CAN、USB以及多重序列的處理器間匯流排、安全控制器SmartMX(安全程度符合銀行標準),以及NFC標準的FRID介面。以上所有功能都容於BGA封裝,面積為31x31公釐,高度則不到3mm。

這項裝置不論是成本、外型規格、車內連線能力以及耗電量,都處於最佳狀態,並配備完全整合的標準軟體,保證通過GSM認證,並符合汽車業界標準與品質以及政府要求。

基地台
行動通訊是人類的基本需求,隨時隨地都可進行通訊。手持行動電話的驚人成長,反映出這種現象,並且不僅是應用於通話,也逐漸增加對行動上網的需求。這股成長趨勢,與全球無線基礎建設的快速擴張,可說是相輔相成。基地台必須提升資料流容量至客戶(電池容量),這造成3G與4G系統使用更複雜的訊號調節,因此需要更高的輸出功率。

社會持續關注能源消耗與CO2排放的問題,因此要求基地台必須提升能源效率。不過這項要求,與上述更複雜的訊號調節,以及更高輸出功率的發展方向互相衝突。

恩智浦為了因應完全不同的需求,正在開發元件應用於基地台的收發端,例如資料轉換器(DAC與ADC)、使用小型訊號區塊(混波器、LNA、VGA …),以及射頻功率電晶體。恩智浦的RF-LDMOS技術應用於功率放大器,可在3G、LTE以及4G等先進的複雜訊號調節應用裝置中,提供最優異的效能,並擁有最出色的能源效率。恩智浦還將推出GaN技術,繼續創造更為優異的效能。

恩智浦之後將投資研發功率放大器架構,以進一步降低能源消耗,例如所謂的「integrated Doherty」,這是一種整合式的先進放大器,是射頻功率領域的首款產品,即將由恩智浦推出。

就長遠觀點而言,由於網際網路與隨選行動電視對頻寬的大量需求,基地台的電池容量將持續大幅提升,這將需要更多先進系統,例如相位陣列基地台。恩智浦正在研究高效能的建構基礎,以實現上述基地台。恩智浦因為擁有所有的先進技術,才能繼續領導開發未來的基地台。

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